Kakšen je potencial prenosa toplote-na podlagi magnetne tekočine za PTFE izmenjevalce, ki odpravlja gibljive dele?

Vse krožne zanke za prenos toplote imajo črpalko z mehanskimi tesnili, ležaji, gredmi in obrabnimi površinami, ki sčasoma postanejo glavobol vzdrževanja. Ti elementi so na splošno prvi vzrok za puščanje in kontaminacijo v korozivnih kemičnih sistemih. Nova ideja predlaga popolnoma drugačen pristop: pustite, da tekočina sama reagira na magnetno polje in opustite običajne črpalne naprave.

Ferrofluid – tekočino, ki vsebuje suspendirane magnetne nanodelce – je mogoče potisniti skozi PTFE izmenjevalnik toplote s pomočjo zunanjega rotirajočega magnetnega polja. Noben rotor se ne dotika tekočine. Sistem ne zlomi tesnil. Ni gibljivih mehanskih delov, ki bi se dotikali procesnega toka. To zagotavlja popolnoma zaprto toplotno cirkulacijsko zanko, ki je odlično odporna na puščanje in korozijo.

Tehnologija magnetnega tekočinskega prenosa toplote PTFE brez gibljivih delov je zelo eksperimentalna, a potencialno revolucionarna pot pri termični obdelavi in ​​ravnanju z nevarnimi tekočinami.

Osnove ferrofluida
Ferofluid je stabilna koloidna suspenzija magnetnih delcev v nanometrskem merilu, razpršenih v nosilni tekočini.

Magnetni delci so običajno:

Nano delci železovega oksida

Materiali na osnovi magnetita

Površinsko stabilizirani magnetni koloidi

Nosilna tekočina je lahko:

voda

Olje, sintetika

Fluorirana topila

Posebne dielektrične tekočine

Površinsko aktivne snovi preprečujejo aglomeracijo in usedanje, zato nanodelci ostanejo lebdeči.

Pod vplivom magnetnega polja se tekočina obnaša kot magnetno občutljiva tekočina in kljub temu ohrani lastnosti tekočine.

To nenavadno vedenje omogoča zunanjim magnetnim sistemom nadzor gibanja tekočine brez mehanskega dotika.

Kako deluje črpanje magnetne tekočine?
Ferrofluid v predlaganem izmenjevalnem sistemu PTFE je v celoti v zaprti krožni zanki.

Zunanji rotacijski magnetni sklop ustvarja gibljivo magnetno polje zunaj PTFE cevi.

Ta magnetna konfiguracija je primerljiva s statorjem brezkrtačnega elektromotorja.

Magnetne sile delujejo na suspendirane nanodelce v ferotekočini, ko se magnetno polje vrti. Tekočina je podvržena usmerjenemu vlečenju. Začne krožiti po ceveh izmenjevalnika.

Magneti v notranjosti lahko povzročijo obračanje tekočine, ne da bi potrebovali tipičen rotor ali tesnilo gredi.

Navlažene so samo notranje stene PTFE cevi in ​​komponente tekočinskega tokokroga, povezane s PTFE cevmi.

Zakaj je PTFE privlačen za ferrofluidne sisteme
Lastnosti PTFE podpirajo več konceptov magnetnega kroženja tekočine.

To so:

Vrhunska kemična odpornost

Električna izolacija

Ne{0}}reaktivne površine

Odpornost proti koroziji

Nizka nagnjenost k obraščanju

Ne-kovinske, kemično inertne lastnosti PTFE omogočajo popolno izolacijo sovražnih tekočin od zunanjih mehanskih sistemov.

To odpira potencial za:

Hermetične toplotne zanke

Ni možnosti puščanja

Zmanjšana možnost kontaminacije

Minimalne korozijske poti

Kombinacija zaprtja iz PTFE in magnetno gnanega kroženja je posebej zanimiva rešitev za zelo nevarne procesne pogoje.

Odstranjevanje mehanskih tesnil in ležajev
Običajne črpalke so še vedno ena izmed-komponent sistemov kemične obdelave, ki so najbolj izpostavljene okvaram.

Pogoste težave vključujejo:

Puščanje tesnil

Obraba ležajev

Korozija gredi

Napaka pri mazanju

Poškodbe zaradi vibracij

Kavitacija

Te težave postanejo še posebej pomembne pri ravnanju z:

Strupene snovi

Radioaktivne tekočine

Ultra{0}}čiste tekočine

Jedke kisline,

Visoko{0}}cenovne posebne tekočine

Obtočna zanka, ki jo poganja popolnoma magnet, lahko skupaj odpravi več teh načinov okvare.

Meja tekočine je veliko enostavnejša, saj ni rotirajoče namočene strojne opreme.

Obljuba hermetično zaprtih toplotnih zank
Ena najbolj privlačnih lastnosti PTFE izmenjevalnika z magnetno tekočino brez gibljivih delov je potencial popolne hermetične izolacije.

Ker cirkulacijska sila deluje od zunaj,

V posodi ni vrtljivih gredi

Ni potrebe po dinamičnih tesnilih

Ni potrebe po tesnilih

Noben zunanji mazalni sistem ni v stiku s procesno tekočino

Ta arhitektura predstavlja zelo močno oviro proti puščanju.

Že samo ta lastnost bi lahko upravičila tehnologijo tudi z omejitvami zmogljivosti za strupene tekočine.

Potencialne uporabe sistemov brez-puščanja
Kroženje magnetnih tekočin je še vedno v poskusni fazi, vendar bo morda nekega dne dobilo specializirano industrijsko uporabo.

Ravnanje z radioaktivnimi tekočinami
Jedrski in radiokemični sistemi zahtevajo visoko zanesljivost zadrževanja.

"Če bi imeli zaprt krog kroženja, bi bilo manjše tveganje za izpust v okolje."

Ravnanje z izjemno strupenimi kemikalijami
Morda je prednost odpraviti običajne poti odpovedi tesnil v procesih, ki vsebujejo nevarne ali izjemno reaktivne snovi.

Polprevodniški sistemi in sistemi visoke čistosti
Zmanjšano nastajanje delcev in tveganje kontaminacije pri ultra-čistih aplikacijah.

Vesoljski in oddaljeni sistemi
Obstaja tudi možnost uporabe zmanjšane mehanske kompleksnosti za sisteme, ki zahtevajo dolgo življenjsko dobo z malo vzdrževanja.

Težave s toplotno učinkovitostjo
Sama ferofluid mora ostati toplotno delujoča in še vedno magnetno odzivna.

To vodi do določenih inženirskih težav.

Izbira nosilne tekočine
Nosilna tekočina mora zagotoviti:

Zadostna toplotna zmogljivost

Kemijska združljivost

Stabilnost viskoznosti

Dolgotrajna- suspenzija nanodelcev

Ferrofluid mora biti tudi kemično združljiv s PTFE cevmi in morebitnimi toplotnimi kontakti na strani procesa.

Stabilnost nanodelcev
V dolgih obdobjih delovanja se lahko aglomeracija ali sedimentacija delcev zmanjša:

Magnetni odziv

Učinkovitost črpalke

Konsistentnost prenosa toplote

Stabilnost koloidnega obnašanja je še vedno pomembno študijsko področje.

Obstoječe tehnične omejitve
Ta sistem je po konceptu eleganten, vendar ima danes velike tehnične težave.

Omejena zmogljivost pretoka in tlaka 2.
Magnetne sile so v primerjavi z običajnimi mehanskimi črpalkami še vedno precej blage.

Tako so trenutni sistemi na splošno omejeni na:

Nizke stopnje pretoka

Delovanje pri nizkem tlaku

Cev majhnega premera

Kompaktne krožne zanke.

Dolžnosti velikih industrijskih izmenjevalnikov toplote še vedno presegajo sodobne zmogljivosti.

Izgube zaradi magnetne sklopke
Prenos magnetne sile z razdaljo zelo hitro upada.

Učinkovitost sklopke je močno zmanjšana zaradi:

Debelina stene PTFE cevi

Zračne luknje

Podporna infrastruktura

Nemagnetni distančni materiali

To omejuje praktično silo, ki se lahko uporabi za premikanje tekočine.

Izzivi energetske učinkovitosti
Stroški električne energije za ustvarjanje vrtečih se magnetnih polj.

Celotna učinkovitost sistema je močno odvisna od:

Konstanta magnetne sklopitve

Viskoznost ferotekočine

Geometrija vezja

Uhajanje toplote

Trenutno so tradicionalne črpalke na splošno bolj energetsko učinkovite za večino industrijskih pretočnih potreb.

Težave z združljivostjo materiala
Kemija ferofluida mora biti združljiva z:

PTFE cev

Tekoči nosilec

Stabilizatorji za nanodelce

Delovna okolja (toplota)

Kakršna koli nestabilnost v koloidni suspenziji lahko dolgoročno poslabša delovanje.

Zakaj tehnologija ostaja pomembna
Raziskava je še vedno zelo pomembna, čeprav trenutno obstajajo omejitve, saj nekatere aplikacije potrebujejo zanesljivost zadrževanja in ne učinkovitosti.

Mehanska tesnila lahko zagotovijo varnostne prednosti za sisteme, ki delujejo z zelo nevarnimi tekočinami, česar ni mogoče doseči z običajnimi črpalkami.

V nekaterih primerih je lahko prednost manjšega vzdrževanja in preprečevanja puščanja pomembnejša od zmanjšane moči črpanja.

Tehnologija se prav tako usklajuje z večjimi industrijskimi trendi za:

Poenostavljene arhitekture opreme

Samovozeči-sistemi

Prihranki pri vzdrževanju

Moduli zaprtega procesa

Dolgotrajna uporaba

Smernice za prihodnje raziskave
Koncepti črpanja magnetne tekočine še vedno napredujejo na več trenutnih raziskovalnih področjih.

Ti vključujejo;

Močnejše konfiguracije magnetnega polja

Napredna stabilnost nanodelcev

Optimizirana razporeditev PTFE cevi

Hibridni magnetohidrodinamični sistemi

Magnetnoelektronski-pogon nizke moči

Z naraščajočim pomenom industrijskih sistemov z izjemno-ni-vzdrževanjem se bo zagotovo še naprej razvijalo zanimanje za krožne tehnologije brez gibljivih delov.

Zaključek
Tehnologija PTFE toplotnega izmenjevalnika z magnetnim prenosom toplote brez gibljivih delov zagotavlja futurističen koncept za popolnoma zaprte sisteme toplotnega kroženja, ki jih poganjajo samo zunanja magnetna polja. Te naprave bi lahko zagotovile zanesljivost zadrževanja brez primere za nevarne tekočine in tekočine visoke -čistosti s kroženjem ferotekočin skozi PTFE izmenjevalce brez rotorjev, tesnil ali notranjega gibljivega mehanizma.

Čeprav je obstoječa tehnologija omejena na razmeroma skromne aplikacije pretoka in tlaka, je sam pojem zelo privlačen. Kemično inertne cevi iz PTFE in magnetno odzivne tekočine omogočajo ustvarjanje toplotnih zank, -odpornih proti puščanju, -odpornih proti koroziji, z drastično zmanjšanimi zahtevami po vzdrževanju.

Magnetno črpanje tekočin je še vedno novo in visoko specializirano področje, vendar je eleganten odgovor na eno najstarejših vprašanj v industrijski obdelavi: varen prenos škodljivih tekočin. Torej na koncu črpalka prihodnosti morda sploh ne bo imela gibljivih delov.